Energy Harvesting Stromversorgung liefert bis zu 100 Watt aus Mikrowellen

Eine kürzlich vorgestelltes Energy-Harvesting-System wandelt überschüssige HF-Energie von Mikrowellengeräten in nutzbaren Gleichstrom zur Versorgung von anderen Geräten um.

Der neu entwickelte MRC (Microwave Regenerative Converter) der Nihon Dengyo Kosaku Co Ltd (Dengyo) soll regenerative Energie aus heimischen und industriellen Mikrowellensystemen liefern. Seine maximale Ausgangsleistung beträgt 100 W, wobei er mit 103 mm x 93 mm x 17 mm deutlich kleiner ist als andere Produkte der MRC-Serie des Herstellers.

Bei dem System handelt es sich um eine so genannte Rectenna, die aus einer Antenne und einem Gleichrichter besteht (RECTifier/antENNA) und hochfrequente elektromagnetische Wellen in Gleichstrom umwandelt.

Video "Rectenna Converts Radio Waves To Electricity" auf YouTube

Wirkungsgrad des Mikrowellenherdes hängt vom Wassergehalt des Gargutes an

Der Wirkungsgrad η_t des MRC ist dabei das Verhältnis von der Rectenna gewonnenen Leistung zur Aufnahmeleistung des Mikrowellengenerators und lässt sich wie folgt berechnen:

η_t = η_m (1 - η_h) (1 - L_C) η_r η_C

Im Falle eines Mikrowellenherdes ist dabei η_m der Wirkungsgrad der Umwandlung von Netzwechselspannung in Mikrowellen und η_h der Wirkungsgrad bei der Erhitzung des Gargutes. L_C ist der Verlust im Übertragungskreis und η_r der Wirkungsgrad des Gleichrichters und η_C der Wirkungsgrad der Ausgangsstufe.

Je höher die Verluste beim Erhitzen, desto mehr Energie holt der MRC zurück

Von all diesen Parametern ist η_h am veränderlichsten: Er hängt extrem von der Beschaffenheit des Gargutes ab und liegt zwischen 0% und 90%. Bei sehr wasserhaltigen Lebensmitteln arbeitet der Mikrowellenherd mit einem sehr hohen Wirkungsgrad, bei trockenen ist dieser niedrig. Und je niedriger η_h ist, desto höher ist der Wirkungsgrad der Energierückgewinnung η_t, da deutlich mehr Mikrowellenenergie zur Rectenna gelangen.

Bei η_h = 50% und typischen Größen der anderen Parameter (η_m = 70%, L_C = 10%, η_r = 80%, η_C = 90%) beträgt der Energy-Harvesting-Wirkungsgrad η_t 22,7%, bei η_h = 50% und unveränderten anderen Parametern liegt η_t dagegen bei 40,9%.

Energierückgewinnung macht Mikrowellenherde nachhaltiger

Bislang wurden Rectennas noch nie für solche Anwendungen genutzt - und Dengyo will dies nun mit seiner neu entwickelten Rectenna ändern.

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